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1、第三章第三章 晶体结构与性质晶体结构与性质第三节第三节 金属晶体金属晶体自主学习自主学习1 1、金属键、电子气理论金属键、电子气理论。2 2、金属晶体的概念、作用力、物理性质金属晶体的概念、作用力、物理性质。3 3、金属金属晶体的原子堆积模型晶体的原子堆积模型密置层、非密置密置层、非密置层；简单立方堆积、体心立方堆积、六方最密堆层；简单立方堆积、体心立方堆积、六方最密堆积、面心立方最密堆积。积、面心立方最密堆积。4 4、石墨晶体的基本知识。、石墨晶体的基本知识。一、金属键一、金属键1 1、概念：金属阳离子金属阳离子与与自由电子自由电子之间强烈的相互作用之间强烈的相互作用 特点：特点：(1)(1
2、)成键微粒：金属阳离子与自由电子。成键微粒：金属阳离子与自由电子。(2)(2)实质：电性（静电）作用实质：电性（静电）作用 (3)(3)存在：金属键存在于所有金属与合金中存在：金属键存在于所有金属与合金中2 2、本质：电子气理论电子气理论（自由电子理论自由电子理论)金属原子的价电子发生脱落，金属原子的价电子发生脱落，形成金属阳离子和自由电子。形成金属阳离子和自由电子。经典的金属键理论叫做经典的金属键理论叫做“电子气理论电子气理论”。它把金属键形象地。它把金属键形象地描绘成从金属原子上描绘成从金属原子上“脱落脱落”下来的大量自由价电子形成可与下来的大量自由价电子形成可与气体相比拟的带负电的气体相
3、比拟的带负电的“电子气电子气”，金属原子则，金属原子则“浸泡浸泡”在在“电子气电子气”的的“海洋海洋”之中。之中。“电子气电子气”被所有原子所被所有原子所共用，从而把所有的原子维系在一起。共用，从而把所有的原子维系在一起。金属晶体金属原子自由电子3 3、特征：无饱和性、无方向性无饱和性、无方向性4、影响金属键强弱的因素：主要因素：金属元素的原子半径和价电子数主要因素：金属元素的原子半径和价电子数。原子半径越小，价电子数越多，金属键越强；反之，原子半径越小，价电子数越多，金属键越强；反之，金属键越弱。金属键越弱。例：NaMgAl5、金属键对金属性质的影响金属键越强，金属的熔、沸点越高，硬度越大。
4、金属键越强，金属的熔、沸点越高，硬度越大。6、用电气理论解释金属晶体的性质、用电气理论解释金属晶体的性质：金属导电性金属导电性 电子气的运动是没有一定方向的，电子气的运动是没有一定方向的，但在外加电场的条件下，自由电子定但在外加电场的条件下，自由电子定向运动形成电流，所以金属容易导电。向运动形成电流，所以金属容易导电。金属的导热性金属的导热性 自由电子在运动时与金属离子碰撞，把能量从温度高的部分传到温度低的部分，从而使整块金属达到相同的温度。高温下热运动剧烈，因此电子的定向移动程度减弱，所以，随着温度的升高，金属的导电性减弱。金属的延展性金属的延展性 金属离子和自由电子间相互作用没有方金属离子
5、和自由电子间相互作用没有方向性，在外力作用下各原子层就会发生相向性，在外力作用下各原子层就会发生相对滑动，但不会改变原来的排列方式，而对滑动，但不会改变原来的排列方式，而且弥漫在金属原子间的电子气可以起到类且弥漫在金属原子间的电子气可以起到类似轴承中滚珠之间润滑剂的作用似轴承中滚珠之间润滑剂的作用 6、用电气理论解释金属晶体的性质、用电气理论解释金属晶体的性质：二、金属晶体二、金属晶体1 1、概念：金属阳离子与自由电子通过金属键结合而成的晶体叫做金属晶体 构成金属晶体的粒子：构成金属晶体的粒子：金属阳离子金属阳离子、自由电子、自由电子 粒子间的作用力：粒子间的作用力：金属键金属键 2、常见金属
6、晶体、常见金属晶体：金属、合金：金属、合金3、金属晶体的性质、金属晶体的性质：具有良好的导电性、导热性、延展性，有具有良好的导电性、导热性、延展性，有金属光泽，熔沸点差别很大。金属光泽，熔沸点差别很大。金属的熔沸点取决于金属键的强弱，金属键越强，金属的熔沸点取决于金属键的强弱，金属键越强，金属晶体的熔沸点越高（硬度也越大）。即：同周金属晶体的熔沸点越高（硬度也越大）。即：同周 期金属单质，从左到右，熔沸点升高；同主族金属期金属单质，从左到右，熔沸点升高；同主族金属 单质，从上到下，单质，从上到下，熔沸点降低。熔沸点降低。合金的熔沸点比其各成分金属的熔沸点低，合金的熔沸点比其各成分金属的熔沸点低
7、，合金合金的硬度比其各成分金属的硬度高的硬度比其各成分金属的硬度高。金属晶体的熔点差别很大。汞常温下液态。金属晶体的熔点差别很大。汞常温下液态。4、金属晶体熔沸点高低的判断、金属晶体熔沸点高低的判断：三、金属晶体的原子堆积模型三、金属晶体的原子堆积模型 1 1、几个概念、几个概念 配位数配位数：在晶体中与每个微粒紧密相邻：在晶体中与每个微粒紧密相邻 且距离相等的微粒个数且距离相等的微粒个数空间利用率空间利用率：晶体的空间被微粒占满的体积百分数晶体的空间被微粒占满的体积百分数用来表示紧密堆积程度用来表示紧密堆积程度 由于金属键没有方向性，每个金属原子中的电子分由于金属键没有方向性，每个金属原子中
8、的电子分布基本是球对称的，所以可以把金属晶体看成是由布基本是球对称的，所以可以把金属晶体看成是由直径相等的圆球的三维空间堆积而成的。直径相等的圆球的三维空间堆积而成的。理论基础：理论基础：堆积原理：堆积原理：组成晶体的金属原子在没有其他因素影响时，在组成晶体的金属原子在没有其他因素影响时，在空间的排列大都遵循空间的排列大都遵循紧密堆积紧密堆积原理。这是因为金属键没有方向原理。这是因为金属键没有方向性，因此都趋向于使金属原子吸引更多的其他原子分布于周围，性，因此都趋向于使金属原子吸引更多的其他原子分布于周围，并以紧密堆积方式降低体系的能量，使晶体变得比较稳定。并以紧密堆积方式降低体系的能量，使晶
9、体变得比较稳定。紧密堆积：紧密堆积：微粒之间的作用力，使微粒间尽可能的相互接近，微粒之间的作用力，使微粒间尽可能的相互接近，使它们占有最小的空间。使它们占有最小的空间。2 2、金属的二维堆积方式、金属的二维堆积方式 非密置层非密置层 配位数为配位数为4 密置层密置层 配位数为配位数为6 3 3、金属的三维堆积方式、金属的三维堆积方式 简单立方堆积简单立方堆积非密置层堆积非密置层堆积 唯一金属唯一金属钋钋 配位数：配位数：6 6空间占有率：空间占有率：52%52%每个晶胞含原子数：每个晶胞含原子数：1例例1：简单立方晶胞空间利用率计算：简单立方晶胞空间利用率计算a=2rV晶胞晶胞=a3V球球=4
10、r3/3空间利用率空间利用率=4r3/3a3100%52%边长为边长为a a体心立方堆积（钾型）体心立方堆积（钾型）非密置层堆积非密置层堆积 IA，VB，VIBK、Na、Fe、碱金属、碱金属 配位数：配位数：8 8空间占有率：空间占有率：68%68%每个晶胞含原子数：每个晶胞含原子数：2空间利用率计算设原子半径为设原子半径为r、晶胞边长为、晶胞边长为a，根据勾股定理，根据勾股定理，得：得：2a 2 +a 2 =(4r)2空间利用率空间利用率 =晶胞含有原子的体积晶胞含有原子的体积/晶胞体积晶胞体积 100%=六方最密堆积（镁型）六方最密堆积（镁型）Mg、Zn、Ti Be Mg B B B Be
11、 Mg B B B ABABA123456六方最密堆积的配位数六方最密堆积的配位数 =12 六方最密堆积六方最密堆积六方最密堆积六方最密堆积h h=a a6 63 32 2h ha aa=2ra=2r六方最密堆六方最密堆六方最密堆六方最密堆积中底面为积中底面为积中底面为积中底面为菱形，体内菱形，体内菱形，体内菱形，体内微粒位于三微粒位于三微粒位于三微粒位于三角形重心的角形重心的角形重心的角形重心的正上方，且正上方，且正上方，且正上方，且距离底面距离底面距离底面距离底面1/2h1/2h六方最密堆积（六方最密堆积（镁型镁型）Mg、Zn、Ti Be Be Mg B B B Mg B B B 配位数：
12、配位数：1212空间占有率：空间占有率：74%74%每个晶胞含原子数：每个晶胞含原子数：287456123面心立方最密堆积（铜型）面心立方最密堆积（铜型）面心立方最密堆积（铜型）面心立方最密堆积（铜型）Cu、Ag、Au ABCAABC面心面心立方立方最密堆积的配位数最密堆积的配位数 =12 配位数：配位数：空间占有率：空间占有率：每个晶胞含原子数：每个晶胞含原子数：铜型铜型 面心立方面心立方 BCA1274%4（B Pb Pd Pt）堆积方式及性质小结堆积方式及性质小结堆积方式堆积方式 点阵形式点阵形式 空间利用率空间利用率 配位数配位数 Z 球半径球半径面心立方面心立方最密堆积最密堆积(A1
13、)面心立方面心立方 74.05%12 4 六方最密六方最密堆积堆积(A3)六方六方 74.05%12 2体心立方体心立方密堆积密堆积(A2)体心立方体心立方 68.02%8(或或14)2 金刚石型金刚石型 堆积堆积(A4)面心立方面心立方 34.01%4 8总结总结堆积模型采纳这种堆积的典型代表空间利用率配位数晶胞非密置层简单立方堆积Po(钋)52%6体心立方堆积(bcp)Na、K、Fe68%8堆积模型采纳这种堆积的典型代表空间利用率配位数晶胞密置层六方最密堆积(hcp)Mg、Zn、Ti74%12面心立方最密堆积(ccp)Cu、Ag、Au74%12资资料料金属之最金属之最熔点最低的金属是熔点最
14、低的金属是-汞汞熔点最高的金属是熔点最高的金属是-钨钨密度最小的金属是密度最小的金属是-锂锂密度最大的金属是密度最大的金属是-锇锇硬度最小的金属是硬度最小的金属是-铯铯硬度最大的金属是硬度最大的金属是-铬铬最活泼的金属是最活泼的金属是-铯铯最稳定的金属是最稳定的金属是-金金延性最好的金属是延性最好的金属是-铂铂展性最好的金属是展性最好的金属是-金金 一种结晶形碳，有天然出产的矿物。铁一种结晶形碳，有天然出产的矿物。铁黑色至深钢灰色。质软具滑腻感，可沾污手指黑色至深钢灰色。质软具滑腻感，可沾污手指成灰黑色。有金属光泽。六方晶系，成叶片状、成灰黑色。有金属光泽。六方晶系，成叶片状、鳞片状和致密块状
15、。密度鳞片状和致密块状。密度2.25g/cm32.25g/cm3，化学性质，化学性质不活泼。具有耐腐蚀性，在空气或氧气中强热不活泼。具有耐腐蚀性，在空气或氧气中强热可以燃烧生成二氧化碳。石墨可用作润滑剂，可以燃烧生成二氧化碳。石墨可用作润滑剂，并用于制造坩锅、电极、铅笔芯等。并用于制造坩锅、电极、铅笔芯等。四、石墨晶体四、石墨晶体每个每个C C原子采取原子采取spsp2 2杂化，形成平面六元并环结构，杂化，形成平面六元并环结构，层状机构。层状机构。每个每个C C原子周围有原子周围有3 3个个C C原子紧密相连，形成原子紧密相连，形成3 3根根C-C-C C单键，配位数为单键，配位数为3 3。石
16、墨中石墨中C C原子数：原子数：C-CC-C键数键数 =2:3=2:3石墨中含有共价键石墨中含有共价键(、)金属键、范德华力金属键、范德华力熔点：石墨熔点：石墨 金刚石，稳定性：石墨金刚石，稳定性：石墨 金刚石，金刚石，硬度：硬度：石墨石墨 金刚石金刚石关系：同素异形体关系：同素异形体石墨 1 1、石墨为什么很软？、石墨为什么很软？2 2、石墨的熔沸点为什么很高（高于金刚石）？、石墨的熔沸点为什么很高（高于金刚石）？3、石墨属于哪类晶体？为什么？石墨为层状结构，各层之间是范德华力结合，石墨为层状结构，各层之间是范德华力结合，容易滑动，所以石墨很软。容易滑动，所以石墨很软。石墨各层均为平面网状结
17、构，碳原子之间存石墨各层均为平面网状结构，碳原子之间存在很强的共价键（大在很强的共价键（大键）键），故熔沸点很高。，故熔沸点很高。石墨为混合键型晶体石墨为混合键型晶体。例例例例1 1(2011年武汉高二检测年武汉高二检测)下列有关金属键的叙下列有关金属键的叙述错误的是述错误的是()A金属键没有饱和性和方向性金属键没有饱和性和方向性B金属键是金属阳离子和自由电子之间存在的金属键是金属阳离子和自由电子之间存在的强烈的静电吸引作用强烈的静电吸引作用C金属键中的电子属于整块金属金属键中的电子属于整块金属D金属的性质和金属固体的形成都与金属键有金属的性质和金属固体的形成都与金属键有关关练习练习B2、物质
18、结构理论指出：金属晶体中金属离子与、物质结构理论指出：金属晶体中金属离子与自由电子之间的强烈相互作用，叫金属键。金自由电子之间的强烈相互作用，叫金属键。金属键越强，其金属的硬度越大，熔、沸点越高。属键越强，其金属的硬度越大，熔、沸点越高。根据研究表明，一般来说，金属原子半径越小，根据研究表明，一般来说，金属原子半径越小，价电子数越多，则金属键越强。由此判断下列价电子数越多，则金属键越强。由此判断下列说法错误的是说法错误的是()A镁的硬度大于铝镁的硬度大于铝B镁的熔、沸点高于钙镁的熔、沸点高于钙C镁的硬度大于钾镁的硬度大于钾D钙的熔、沸点高于钾钙的熔、沸点高于钾【思路点拨思路点拨】解答本题时要注
19、意以下两点：解答本题时要注意以下两点：(1)金属晶体熔、沸点高低决定于金属键的强弱。金属晶体熔、沸点高低决定于金属键的强弱。(2)金属阳离子所带电荷越多，半径越小，金属键金属阳离子所带电荷越多，半径越小，金属键越强。越强。【解析解析】此题考查的是金属晶体的性质，如硬此题考查的是金属晶体的性质，如硬度和熔、沸点的比较。比较依据：看价电子数和度和熔、沸点的比较。比较依据：看价电子数和原子半径，价电子数：原子半径，价电子数：MgK，KAl，MgCa，MgCa，综合分析，镁的硬度小于铝；镁的熔、，综合分析，镁的硬度小于铝；镁的熔、沸点高于钙；镁的硬度大于钾；钙的熔、沸点高沸点高于钙；镁的硬度大于钾；钙
20、的熔、沸点高于钾。故于钾。故A错误。错误。【答案答案】A3、按下列四种有关性质的叙述，可能属于金属晶、按下列四种有关性质的叙述，可能属于金属晶体的是体的是()A由分子间作用力结合而成，熔点低由分子间作用力结合而成，熔点低B固体或熔融后易导电，熔点在固体或熔融后易导电，熔点在1000 左右左右C由共价键结合成网状结构，熔点高由共价键结合成网状结构，熔点高D固体和熔融状态不导电，但溶于水后可能导电固体和熔融状态不导电，但溶于水后可能导电解析：解析：选选B。A为分子晶体，为分子晶体，B中固体能导电，熔中固体能导电，熔点在点在1000 左右，不是很高应为金属晶体，左右，不是很高应为金属晶体，C为为原子晶体，原子晶体，D为分子晶体。为分子晶体。